Komende week stijgende schaatskans: zo ontstaat natuurijs en dit zijn de ideale omstandigheden

Op school heb je geleerd dat water verandert in ijs als het kouder is dan 0 graden Celsius. De praktijk bij natuurijs blijkt vaak toch net wat weerbarstiger. Uiteraard is vorst noodzakelijk, maar ook wind, stroming, waterdiepte, bewolking, ligging van het water, zon en luchtvochtigheid zijn factoren die een rol spelen.

Eerst afkoelen, dan pas dichtvriezen

Als de luchttemperatuur onder nul komt, koelt water af doordat er een uitwisseling van warmte plaatsvindt tussen het water en de koude lucht. De bovenste laag koelt als eerste af, maar door de afkoeling wordt dit water zwaarder (koud water heeft een hogere dichtheid) en zakt hierdoor naar beneden. Daardoor wordt het water in een sloot of plas goed gemengd en koelt de hele waterkolom af tot het water ongeveer 4 graden is.

Rond 4 graden verandert het verhaal: water heeft dan zijn maximale dichtheid bereikt. Koelt de bovenste laag daarna verder af, dan zakt die niet meer weg, maar blijft juist bovenin liggen. Nu kan deze toplaag dicht gaan vriezen.

Dit verklaart meteen waarom ondiepe slootjes vaak als eerste dichtvriezen. Bij dieper water moet er simpelweg meer water afkoelen tot 4 graden, terwijl ondiep water sneller door dit proces heen is en de bovenste laag kan bevriezen.

Wind werkt soms mee, soms tegen

Hoe snel die afkoeling gaat is niet alleen van een lage temperatuur afhankelijk. De uitwisseling van warmte tussen water en lucht gaat sneller als het hard waait, net als dat thee sneller afkoelt als je erin blaast. In de eerste afkoelfase helpt de wind dus een handje mee.

Maar zodra het water 4 graden is en aan de oppervlakte richting nul graden gaat, is veel wind juist ongunstig. Er ontstaan dan veel wervelingen in het water, waardoor iets warmer water wat dieper ligt steeds weer mengt met de afkoelende toplaag. Dan duurt het langer voordat er een gesloten ijslaagje ontstaat.

Als die ijslaag er eenmaal is, dan is wind juist weer gunstig voor verdere ijsgroei omdat de warmte-afgifte aan de lucht sneller gaat. Het lastige is dus dat wind vooral een probleem is in een bepaalde fase en op deze manier kan zorgen voor open plekken en de bij schaatsers gehate windwakken.

IJs groeit naar beneden (en dat gaat steeds trager)

Als de bovenste waterlaag rond het vriespunt komt, kunnen zich ijskristallen vormen. Die “schieten” naar elkaar toe en vormen zo een eerste voorzichtige ijslaag. Als het blijft vriezen, dan wordt de ijsvloer dikker, maar dit gebeurt in tegenstelling tot wat veel mensen denken doordat ijs naar beneden groeit.

Voor deze ijs-aangroei moet warmte zich vanuit het water door het ijs verplaatsen, waarna het wordt afgegeven aan de lucht. Dat wordt naarmate het ijs dikker is steeds lastiger. Bovendien komt bij het bevriezen ook stollingswarmte vrij, en ook die warmte moet eerst weg voordat het ijs verder kan aangroeien. Het resultaat is dat natuurijs in het begin relatief snel dikker wordt, maar na verloop van tijd gaat dit steeds trager.

Waarom groeit ijs op de ene plek wel en op de andere niet?

De snelheid van ijsgroei wordt ook beïnvloed door de locatie van het water. Naast waterdiepte speelt stroming een hoofdrol. In stromend water blijven de bovenste en onderste lagen mengen. Daardoor wordt de toplaag steeds gevoed met relatief warmer water en duurt het langer voordat dit dichtvriest.

Ook onder bruggen zal ijs vaak minder snel groeien. Dat komt doordat het oppervlak minder “open hemel” ziet en daardoor ’s nachts minder goed warmte kan uitstralen.

De rol van zon, bewolking en droge lucht

We hadden al gezien dat wind een complexe rol speelt bij de vorming van natuurijs, maar ook andere weersomstandigheden zijn belangrijk. Zo is de hoeveelheid zon een factor: zonnestraling zorgt voor opwarming van met name het donkere ijs.

Wolken kunnen zowel zorgen voor extra ijs of juist minder ijs. Overdag aanwezige wolken beschermen tegen de zon, maar ’s nachts remmen ze juist de ijsgroei omdat ze als een soort deken de uitstraling tegenhouden. Lange heldere nachten zijn vaak heel gunstig.

Ook de luchtvochtigheid speelt mee. Bij droge lucht kan er meer verdamping plaatsvinden. Verdamping kost energie en onttrekt warmte aan het wateroppervlak. Daardoor kan het oppervlak sneller afkoelen. Bij een voldoende lage luchtvochtigheid kan er door die extra afkoeling zelfs ijs ontstaan bij temperaturen die nét boven het vriespunt liggen.

Sneeuw: mooi winters, maar funest voor ijs

Als het koud genoeg is voor ijs, kan er ook sneeuw vallen, maar sneeuw en natuurijs gaan zelden goed samen. Een vers laagje sneeuw ligt als een isolerende deken op het ijs, waardoor de warmte-uitwisseling tussen water en lucht wordt geremd. Bovendien kan er nu sneeuwijs ontstaan dat een slechtere kwaliteit heeft dan de geliefde strakke zwarte ijsvloer.

Dit laat zien dat de groei van natuurijs een stuk ingewikkelder is dan alleen een temperatuur onder nul. De balans van de omstandigheden kan ervoor zorgen dat het op de ene plek al schaatsbaar is, terwijl een paar kilometer verderop nog geen ijs te bespeuren is.

Wanneer kunnen we schaatsen op natuurijs?

Komende week krijgen we qua weerbeeld waarschijnlijk te maken met een tweebeeld in ons land. Vanuit het oosten probeert koude lucht ons te bereiken, terwijl vanuit het zuiden juist warmere lucht zich opdringt. Daardoor kunnen er richting het eind van de week grote verschillen ontstaan tussen het zuidwesten en het noordoosten van het land.

Voor nu lijkt het erop dat het vanaf woensdag in het noorden in de nachten matig gaat vriezen en de temperatuur overdag in de buurt van het vriespunt blijft, waardoor er misschien in of na het weekend hier en daar op natuurijs kan worden geschaatst. Uiteraard is het op deze termijn altijd nog een beetje de vraag of de (serieus) koude lucht ons ook echt gaat bereiken, maar liefhebbers van natuurijs in de noordelijke provincies mogen voorzichtig hun ijzers gaan slijpen deze week.